(57)【要約】【課題】  ｐ電極とｐ型コンタクト層との界面のダメージ、マスク材料の残存を抑制して、電極のオーミック特性を改善したIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法を提供する。【解決手段】  III族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法において、基板上にIII族窒化物系化合物半導体から成る複数の半導体層を形成する工程と、前記半導体層の表面に、前記半導体層よりも狭い幅を有する電極を形成する工程と、前記電極をマスクとして前記半導体層をエッチングし、リッジ部を形成する工程とを含む。前記電極の表面が、エッチングに対し影響を受けにくい金属からなるため、プラズマによるダメージや、エッチングガスによる腐食等でｐ電極が受ける影響は少なくなる。【選択図】        図１
2006237435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にIII族窒化物系化合物半導体から成る複数の半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の表面に、前記半導体層よりも狭い幅を有する電極を形成する工程と、
前記電極をマスクとして前記半導体層をエッチングし、リッジ部を形成する工程とを含むことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記電極の表面が、
前記エッチングに対し影響を受けにくい金属からなることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
前記エッチングに対し影響を受けにくい金属が、
Ｎｉもしくはその合金であることを特徴とする請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
前記電極を形成する工程が、
前記複数層の表面に、前記電極を構成する金属層を形成する工程と、
前記金属層上に前記半導体層よりも狭い幅を有するマスク材を形成する工程と、
前記マスク材をマスクとして前記金属層をエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
前記マスク材が、
レジストもしくはＳｉＯ２からなることを特徴とする請求項４に記載のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法に関する。特に、正孔注入部分がリッジ型のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クラッド層、活性層等をIII族窒化物系化合物半導体(ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１)とした半導体レーザが知られている。その半導体レーザは、サファイア基板上にIII族窒化物系化合物半導体を順次積層成長させ、多重層の半導体素子としたものである。
【０００３】
これらの半導体レーザは、一般に、サファイア基板上に、順次バッファ層、ｎ型層、ｎ型クラッド層、ｎ型ガイド層、多重量子井戸（ＭＱＷ）層から成る活性層、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層を積層し、マスクとして、レジスト、絶縁膜（ＳｉＯ２等）等を使用して共振器部分を形成し、ｐ電極をｐ型コンタクト層上面に、ｎ電極をｎ型層のエッチング面に形成していた。多重量子井戸（ＭＱＷ）層から成る活性層はレーザ発振の主体となる半導体層であり、ｐ電極、ｎ電極からそれぞれ注入されたキャリア（正孔及び電子）がここで結合することにより誘導放出光が発生し、発振が生じる。ｎ型ガイド層並びにｐ型ガイド層は、活性層にキャリアを閉じ込める機能を有する。また、ｎ型クラッド層並びにｐ型クラッド層は、その内側にレーザ光を閉じ込める機能を有する。また、ｎ型層並びにｐ型コンタクト層は、それぞれｎ電極並びにｐ電極からのキャリアの素子層への注入が円滑に行われるよう設けられている半導体層である。ここで、ｐ電極は、例えば、Ｎｉ／Ａｕをｐ型コンタクト層上に形成したものであり、ｎ電極は、例えば、Ｔｉ／Ａｌをｎ型層上に形成したものである（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２６６１４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特開２００４−２６６１４３公開公報に開示された構造を、リッジ型半導体レーザに適用する場合、以下のような課題が生じる。レジスト、絶縁膜（ＳｉＯ２等）等のマスクを除去した後にｐ電極を形成するため、ｐ電極とｐ型コンタクト層との界面にダメージ、マスク材料が残存し、電極のオーミック特性を低下させるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ｐ電極とｐ型コンタクト層との界面のダメージ、マスク材料の残存を抑制して、電極のオーミック特性を改善したIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、III族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法において、基板上にIII族窒化物系化合物半導体から成る複数の半導体層を形成する工程と、前記半導体層の表面に、前記半導体層よりも狭い幅を有する電極を形成する工程と、前記第１の電極をマスクとして前記半導体層をエッチングし、リッジ部を形成する工程とを含む。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法において、前記電極の表面が、前記エッチングに対し影響を受けにくい金属からなることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法において、前記エッチングに対し影響を受けにくい金属が、Ｎｉもしくはその合金であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法において、前記電極を形成する工程が、前記複数層の表面に、前記電極を構成する金属層を形成する工程と、前記金属層上に前記半導体層よりも狭い幅を有するマスク材を形成する工程と、前記マスク材をマスクとして前記金属層をエッチングする工程とを含む。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記のIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法において、前記マスク材が、レジストもしくはＳｉＯ２からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、III族窒化物系化合物半導体レーザにおいて、ｐ電極とｐコンタクト層との界面のダメージ、マスク材料の残存を抑制して、電極のオーミック特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。尚、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の具体的な実施の形態１に係る半導体レーザ１００の構成を示した模式的断面図である。
【００１３】
半導体レーザ１００は、例えばサファイアからなる基板１を有しており、その基板１上に50nmの例えばＡｌＮからなるバッファ層２が形成されている。尚、バッファ層としてはＧａＮ、ＧａＩｎＮ、或いはＡｌＧａＮでも良い。そのバッファ層２の上には、順に、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018cm-3、ＳｉドープＧａＮから成るｎ型層３、膜厚500nm、電子密度1×1018cm-3、ＳｉドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎから成るｎ型クラッド層４、膜厚100nm、電子密度1×1018cm-3のＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層５、膜厚約35ÅのＧａＮから成るバリア層と膜厚約35ÅのＧａ0.95Ｉｎ0.05Ｎから成る井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層６が形成されている。そして、その活性層６の上に、膜厚100nm、ホール密度5×1017cm-3のＭｇドープＧａＮから成るｐ型ガイド層７、膜厚50nm、ホール密度5×1017cm-3、ＭｇドープＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎから成るｐ型電子閉じ込め層８、膜厚500nm、ホール密度5×1017cm-3、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎから成るｐ型クラッド層９、膜厚200nm、ホール密度5×1017cm-3、マグネシウムＭｇドープＧａＮから成るｐ型コンタクト層１０が形成されている。尚、コンタクト層としてはＡｌＧａＮ或いはＧａＩｎＮでも良い。そして、ｐコンタクト層９上に幅1.5μmのＮｉとＡｕからなるｐ電極１１が形成されている。また、ｎ型層３上にはＴｉとＡｌからなるｎ電極１２が形成されている。
【００１４】
半導体レーザ１００のリッジ部は第１のｐ電極１１の幅1.5μmに合わせ、略同一の幅1.5μmに形成されている。また、ｐ電極の上面全体とｎ電極が露出された絶縁膜１３が形成されており、ｐ電極の上面と絶縁膜を覆うようにｐパッド電極１４が形成されている。
【００１５】
次に、図２を参照して、この構造の半導体レーザ１００の製造方法について説明する。上記半導体レーザ１００は、有機金属化合物気相成長法（以下「ＭＯＶＰＥ」と示す）による気相成長により製造された。用いられたガスは、ＮＨ３とキャリアガスＨ２又はＮ２とトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３，以下「ＴＭＧ」と記す）とトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３，以下「ＴＭＡ」と記す）とトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３，以下「ＴＭＩ」と記す）とシラン（ＳｉＨ４）とシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ５Ｈ５）２，以下「ＣＰ２Ｍｇ」と記す）である。
【００１６】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をＭＯＶＰＥ装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でＨ２を流速2L/minで約30分反応室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１をベーキングした。
【００１７】
次に、温度を400℃まで低下させて、Ｈ２を20L/min、ＮＨ３を10L/min、ＴＭＡを18μmol/minで約90秒間供給してＡｌＮのバッファ層２を約50nmの厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、Ｈ２を20L/min、ＮＨ3を10L/min、ＴＭＧを170μmol/min、Ｈ２ガスにて0.86ppmに希釈されたＳｉＨ４を2nmol/minで導入し、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018cm-3、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型層３を形成した。
【００１８】
上記のｎ型層３を形成した後、続いて温度を1100℃に保持し、Ｈ２を20L/min、ＮＨ3を10L/min、ＴＭＡを5μmol/min、ＴＭＧを50μmol/min、Ｈ２ガスにて0.86ppmに希釈されたＳｉＨ４を8nmol/minで導入し、膜厚500nm、電子密度1×1018cm-3、ＳｉドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型クラッド層４を形成した。
【００１９】
次に、温度を1100℃に保持し、Ｈ２を20L/min、ＴＭＧを50μmol/min、Ｈ２ガスにて0.86ppmに希釈されたＳｉＨ４を8nmol/minで導入し、膜厚100nm、電子密度1×1018cm-3のＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層５を形成した。
【００２０】
次に、Ｎ２又はＨ２、ＮＨ３、ＴＭＧ及びＴＭＩを供給して膜厚約35ÅのＧａ0.95Ｉｎ0.05Ｎから成る井戸層と、Ｎ２又はＨ２、ＮＨ３及びＴＭＧを供給して膜厚約35ÅのＧａＮからなるバリア層とを4周期形成し、ＭＱＷ構造の活性層６を形成した。
【００２１】
続いて、温度を1100℃に保持し、Ｎ２又はＨ２を20L/min、ＮＨ３を10L/min、ＴＭＧを50μmol/min、Cp2Mgを0.2μmol/minで導入して、膜厚約100nmのＭｇドープＧａＮからなるｐ型ガイド層７を形成した。
【００２２】
次に、温度を1100℃に保持し、Ｎ２又はＨ２を20L/min、ＮＨ３を10L/min、ＴＭＡを15μmol/min、ＴＭＧを50μmol/min、及び、ＣＰ２Ｍｇを0.2μmol/minで導入して、膜厚約50nmのＭｇドープのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなるｐ型電子閉じ込め層８を形成した。
【００２３】
次に、温度を1100℃に保持し、Ｎ２又はＨ２を20L/min、ＮＨ３を10L/min、ＴＭＡを5μmol/min、ＴＭＧを50μmol/min、及び、ＣＰ２Ｍｇを0 .2μmol/minで導入して、膜厚約500nmのＭｇドープのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｐ型クラッド層９を形成した。
【００２４】
次に、温度を1100℃に保持し、Ｎ２又はＨ２を20L/min、ＮＨ３を10L/min、ＴＭＧを50μmol/min、ＣＰ２Ｍｇを0.2μmol/minで導入して、膜厚約200nmのＭｇドープのＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０を形成した。
【００２５】
次に、電子線照射装置を用いて、ｐ型コンタクト層１０、ｐ型クラッド層９、ｐ型電子閉じ込め層８及びｐ型ガイド層７に一様に電子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約10kV、試料電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/s、ビーム径60μmφ、真空度50μTorrである。この電子線の照射により、ｐ型コンタクト層１０、ｐ型クラッド層９、ｐ型電子閉じ込め層８及びｐ型ガイド層７はそれぞれ、ホール密度5×1017cm-3、5×1017cm-3、5×1017cm-3となった。このとき、電子線照射に代えて熱処理を行ってもよい。このようにして多層構造のウエハを形成することができた。
【００２６】
次に、一様にＮｉ／Ａｕ／Ｎｉをそれぞれ100Å、2000Å、100Å、Ｎｉ、Ａｕ、Ｎｉの順に蒸着し、レジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を経て、ｐ型コンタクト層１０の上に幅1.5μmのｐ電極１１を形成した（図２の（ａ））。このとき、レジストの代わりにＳｉＯ２をマスク材として電極のエッチングを行ってもよい。その後、ドライエッチング前にレジストまたはＳｉＯ２を除去してもよく、その場合、電極の表面が、エッチングに対し影響を受けにくい金属であるＮｉであるため、ドライエッチング工程において、プラズマによるダメージや、ＢＣｌ３、Ｃｌ２等の塩素を含むエッチングガスによる腐食等でｐ電極１１が受ける影響は少なくなる。
【００２７】
次に、ｐ電極１１によって覆われていない部位のｐ型コンタクト層１０、ｐ型クラッド層９を真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、ＢＣｌ３を10mL/minの割合で供給しドライエッチングした。この工程で、図２の（ｂ）に示す、リッジ部が形成された。ここで、ドライエッチングとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いたが、他のドライエッチング法を用いることができる。また、エッチングガスとして他にＣｌ２等の塩素を含むガスを用いることができる。
【００２８】
次に、ｎ型層３に対するｎ電極を形成するための領域を形成するため、スパッタリングによりＳｉＯ２層を200nmの厚さに形成し、そのＳｉＯ２層上にレジストを塗布した。そして、フォトリソグラフにより、ｎ電極を形成するための領域にあたる部位のレジストを除去し、フォトレジストによって覆われていないＳｉＯ２層をフッ化水素酸系エッチング液で除去した。
【００２９】
次に、フォトレジスト及びＳｉＯ２層によって覆われていない部位のｐ型クラッド層９、ｐ型電子閉じ込め層８、ｐ型ガイド層７、活性層６、ｎ型ガイド層５、ｎ型クラッド層４及びｎ型層３の一部を真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、ＢＣｌ３を10mL/minの割合で供給しドライエッチングし、その後、Ａｒでドライエッチングした。ここで、ドライエッチングとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いたが、他のドライエッチング法を用いることができる。また、ＢＣｌ３に代えてＣｌ２等の塩素を含むガスを用いることができる。この工程で、ｎ型層３に対するｎ電極を形成するための領域が形成された。その後、ＳｉＯ２層を除去した。
【００３０】
次に、ｎ型層３に対しては、Ｔｉ／Ａｌを蒸着してｎ電極１２を形成した。
その後、ｐ電極１１の最上層のＮｉのみを除去したのち、Ｏ２雰囲気で500℃、5分程度の熱処理を行い、ｎ型層３とｎ電極１２、ｐ型コンタクト層１０とｐ電極１１を合金化処理してオーミック接続を確保した。このとき、ｐ電極１１のＮｉ／Ａｕは反転してＡｕ／Ｎｉとなる。
【００３１】
次に、ｐ電極の上面全体とｎ電極が露出された絶縁膜１３がＳｉＯ２により形成され、ｐ電極の上面と絶縁膜の一部を覆うようにｐパッド電極１４が形成された。（図２の（ｃ））
このようにして、図１に示すような半導体レーザ１００を得た。半導体レーザ１００をレーザ発振させたところ、発振しきい値は電流密度で4kA/cm2、しきい値電流は40mAと、従来の、レジストまたはＳｉＯ２マスクによりリッジ部を形成した半導体レーザの場合（発振しきい値電流密度4.6kA/cm2、しきい値電流45mA）から大幅に低減できた。
（実施の形態２）
実施の形態１において、リッジ部を形成するためのマスクをＮｉ／Ａｕとした他は同様にして半導体レーザを作製した。
【００３２】
多層構造のウエハを形成した後、一様にＮｉ／Ａｕをそれぞれ100Å、2000Å、Ｎｉ、Ａｕの順に蒸着し、レジストまたはＳｉＯ２をマスク材として電極のエッチングを行い、ｐ型コンタクト層１０の上に幅1.5μmのｐ電極を形成した（図３の（ａ）、（ｂ））。その後、ドライエッチング前にレジストまたはＳｉＯ２を除去せずに、リッジ部を形成するためのドライエッチングを行った（図３の（ｃ））。その場合、電極の表面はエッチングに対し影響を受けやすい金属であるＡｕであるが、その上にレジストまたはＳｉＯ２があるため、ドライエッチング工程において、プラズマによるダメージや、ＢＣｌ３、Ｃｌ２等の塩素を含むエッチングガスによる腐食等でｐ電極が受ける影響は少なくなる。
【００３３】
得られた半導体レーザは、実施の形態１とほぼ同様な良好な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の製造方法により製造されたIII族窒化物系化合物半導体レーザの構成を示した模式的断面図。
【図２】本発明によるIII族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法を説明する図。
【図３】本発明による別のII I族窒化物系化合物半導体レーザの製造方法を説明する図。
【符号の説明】
【００３５】
１００・・・半導体レーザ、１・・・基板、２・・・バッファ層、３・・・ｎ型層、４・・・ｎ型クラッド層、５・・・ｎ型ガイド層、６・・・ＭＱＷ活性層、７・・・ｐ型ガイド層、８・・・ｐ型電子閉じ込め層、９・・・ｐ型クラッド層、１０・・・ｐ型コンタクト層、１１・・・ｐ電極、１２・・・ｎ電極、１３・・・絶縁膜、１４・・・ｐパッド電極、１５・・・レジストまたはＳｉＯ２
【図１】
2006237435.tif 000003
【図２】
2006237435.tif 000004
【図３】
2006237435.tif 000005